将美带入课堂,创设“美”的大物理观美育是物理教学重要目标之一就其本质而言,就是培养学生高尚的情操和审美情趣,是深层次高品位的素质教育美学又是贯穿整个物理发展始末的主线,对培养学生的大物理观有重要意义物理学的美主要体现在以下三个方面一. 物理学的简单美“简单即是美”物理学中有许多简单的让人惊讶的定理和公式,而恰恰是这种简单体现了物理学的美物理学的美首先体现在内容的简单美内容的简单美,体现在能够说明客观自然现象的理论中,一定是最简单的一个例如,哥白尼认为托勒密的地心说中提出的本轮——均轮模型太复杂,不符合物理学中的简单美但是,如果以太阳为中心,能够使本轮——均轮模型大大简化;而且,最重要的是,可以将行星按照离太阳的轨道半径由小到大、运动速率的由大到小、运动周期的由短到长按规律排列起来,变成一个有序的整体!这绝对不是巧合,而是唯一正确的运动方式!只有这样才非常简单正是在这种“简单即是美”信念的驱使下,哥白尼发表了自己的《天体运行论》,解开了上帝神秘的面纱后来,开普勒用了简单而完美的三个定律——开普勒三定律,给天体运行制订了法则,是遥远美丽的天体变得简单而美丽再如,在牛顿力学体系中也有许多公式简单的让人惊讶:几个字母,一个公式,就把复杂的运动简单的勾勒出来,F=ma,天地万物的机械运动规律就通过它得到了统一。
其次,物理学的美体现在结构的简单美物理学中尽管各分支内容丰富,但各分支的脉络却十分简单而且各分支之间不是孤立的,是相互联系的例如:我们学习力学和电学时,尽管属于不同的物理体系,但他们之间惊人的相似万有引力:F=GmM/r^2 库仑力:F=k*(q1*q2)/r^2弹性势能:E=x*kx/2 电容器中的电势能::E=CU^2/2振子的周期:T=2π√m/k 单摆周期:T=2Π√L/g LC振荡回路周期公式:正是这些看似复杂,其实非常简单的内在联系,支撑起了整个物理学的大厦 物理学的简单美,还体现在研究方法简洁而美丽从伽利略的落实实验开始,物理学一直遵循着三位一体的研究方法,即:实验观察为基础,科学的假设和推导贯穿始终,严密的数学推理为核心这种研究方法奠定了经典物理学发展的基础我们今天所使用的探究方法:提出问题——猜想假设——实验探究——分析归纳——总结规律,就是这种研究方法在教学中的具体实践和应用另外,物理学研究中一些具体的研究方法也体现了物理学方法的简单美如,理想化模型(质点、点电荷、理想气体),理想化过程(光滑轨道、理想气体实验),控制变量法(牛顿定律F=ma、气体实验定律),这些都体现了物理学研究方法的简单美。
二. 物理学的对称美对称是美学的重要内容之一对称给人一种圆满、匀称、均衡的美感物理学的发展就是建立在对称的基础上,像一面镜子一样,反映了物理学的美从伽利略到牛顿、从麦克斯韦到爱因斯坦,物理学发展的每一步都离不开对称,运动与静止、落体与抛体、引力与斥力、匀速与变速、恒力与变力、反射与折射、可逆与不可逆、串联与并联,它已经成为物理学重要的研究方法之一物理学的对称美主要体现在以下几个方面:1. 空间对称美如:简谐振动、竖直上抛、杠杆平衡、天体的椭圆运动、光的反射、光的折射、光路可逆、匀变速运动的加速与减速、弹簧的弹力在拉伸和压缩时相同、双缝干涉条纹、衍射条纹、游标卡尺的读数、力的相互性、双星体系等都体现了物理学的空间对称美2. 时间对称美一些物质在运动过程中除了空间对称之外,在时间上也是对称的如:竖直上抛运动、地球的自转与公转,简谐振动及交流电的波形随时间呈周期相变化,稳恒电流不随界域内的空间和时间变化等等3. 公式对称美物理学研究中运用数学工具时,也体现了一种对称美如:运用正弦曲线X=Asin(ωt)表示振动、波动、交流电等不同涵义的物理概念和规律,既体现了空间和时间上的美,同时公式上的表达也体现了对称美。
又如:对万有引力公式F=GmM/r^2和库仑力公式F=k*(q1*q2)/r^2多么和谐对称,其中的M、m、 q1、q2没有先后之分,没有主次之分它们遥遥相对、默默相守、彼此相对、永不分离再如:串并联电路中,串联和并联的公式R=R1+R2+R3+.Rn、1/R=1/R1+1/R2+1/R3+……1/Rn,多么完美和谐的公式如果上帝真的存在,那么这些公式一定是出自上帝之手,因为只有它才有这样的鬼斧神工物理学的对称,就像万花筒一样,让简单而普通的事物,折射出耀眼的光辉三. 物理学中的和谐美和谐是指事物和现象的各种要素、各个部分、各个方面配合得当,井然有序,协调一致,匀称流畅和谐美是物理学美的重要一面物理学研究的重要标尺就是和谐开普勒在研究了行星运动三定律之后,给自己论文起的名字就是《宇宙的和谐》,他说:“天体运动就像一首歌,一首连续的歌,几个声部的歌,它只为智慧的思索所理解,而不能听到物理学正是以其简单、对称、和谐向人们展示宇宙创造万物的美妙物理教学中的美育,就是通过物理教学培养学生正确的审美情感和审美能力,在物理教学中,如何提高学生的审美能力首先,认识物理美要结合具体的物理知识,象奇特的物理现象、简洁对称的物理公式,设计巧妙的物理实验,使学生感受到物理的真与美,主动解释物理美的价值。
其次,感受物理美通过物理实验或实验探究,让学生亲身感受物理实验的奇妙与乐趣,要让学生在观察、分析、概括、推理中感受物理概念和规律的美妙再次,创造物理美教师要在教学中进行物理美学的再创造,就像园艺工人一样,把美丽的奇石、异草、怪石再造成美丽的园林我们知道,物理知识从整体上是一个有序的逻辑形体,这种有序就包含着许多的美在复习阶段,引导学生用简洁和谐的原则、比较分析的方法总结所学知识,分析内在联系,形成有序的知识体系,并用结构图表等方式呈现出来,分析鉴赏其内在联系,就能够找到许多美的韵味,深化对美的感受在应用知识解决问题的过程中,学生将知识转化为方法,变成自己的能力,也是一种创造性的活动在这一过程中,若能对所学知识和方法进行一番比较和评价,形成方法体系,更是一个审美过程,必将其乐无穷比如,在牛顿第二定律解决连接体问题时,对力F的分配问题,可得到以下公式: ,仔细分析会发现,F竟然是按照质量的大小给平分了,大则多之,小则少之,而且在很多情况下都是成立的(水平面、斜面、竖直面均可,光滑、不光滑(μ相同)均可),多么绝妙的分配,共产主义的按需分配!再如,天体的双星体系中,其转动半径满足m1r1=m2r2,仔细想一想,怎么回事?大的半径小,在里面;小的半径大,在外面;小的为着大的转。
仰面长空,闭目冥思,多么美丽的一幅画:天庭有一对姊妹,一个稍大一些,另一个则很小谈们牵着手在唱歌跳舞,小的总很调皮可爱,于是在大的周围蹦蹦跳跳,来回跑多么和谐也只有物理课堂,才能造就如此美丽的天堂美是真理的光辉”在物理教学中要善于运用美,才会让这种美感让教师和学生的思想发生“谐振”,培养学生“美”的大物理观,产生最佳的教学效果。